Cách giải Bài toán sắt tác dụng với axit hay, chi tiết

Bài giảng: Bài tập tổng hợp về sắt và hợp chất của sắt - Cô Nguyễn Thị Thu (Giáo viên VietJack)

1. Phương pháp:

Sắt là kim loại trung bình có nhiều hóa trị. Khi làm bài tập về sắt vấn đề khó khăn là xác định được sản phẩm là sắt (II) hay sắt (III). Sắt tác dụng với các loại axit khác nhau tùy thuộc vào tính oxi hóa và tỷ lệ mà sản phẩm có thể là muối sắt (II), muối sắt (III) hoặc cả hai loại muối.

1. Với H+ (HCl, H2SO4 loãng... ) → muối sắt (II) + H2

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

Fe + H2SO4 loãng → FeSO4 + H2

Lưu ý: Sau phản ứng trên nếu cho thêm tác nhân oxi hóa (thường gặp là Ag+; NO3; MnO4-; ...) thì sẽ có phản ứng thì có phản ứng oxi hóa Fe2+ trong môi trường axit. Nếu là HCl còn có phản ứng của Cl- với Ag+ hoặc MnO4-

2. Với axit có tính oxi hóa mạnh (H2SO4 đặc nóng, HNO3) → muối sắt (III)

- Với dung dịch HNO3 loãng → muối sắt (III) + NO + H2O:

Fe + 4HNO3 loãng → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

- Với dung dịch HNO3 đậm đặc → muối sắt (III) + NO2 + H2O:

Fe + 6HNO3 → Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

- Với dung dịch H2SO4 đậm đặc và nóng → muối sắt (III) + H2O + SO2:

2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

- Nếu Fe dư thì tiếp tục xảy ra phản ứng:

Fe + 2Fe3+ → 3Fe2+

- Lưu ý: Fe bị thụ động hóa trong HNO3 đặc nguội và H2SO4 đặc nguội.

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Hòa tan 5,6 gam Fe vào H2SO4 loãng, rất dư thu được dung dịch X. Cho X tác dụng vừa đủ với V lít dung dịch KMnO4 0,5M. Tính V.

Giải thích:

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2

0,1mol

10FeSO4 + 8H2SO4 + 2KMnO4 → 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O

   0,1

BTe => nFe = 0,1 => nFe2+ = 0,1mol

nFe2+ = 5nKMnO4 => nKMnO4 = 0,02 mol

=> V = 0,04 lít = 40 ml

Ví dụ 2: Hòa tan hoàn toàn 14,4g hỗn hợp Fe và FeS bằng 200ml dung dịch HCl vừa đủ thu được hỗn hợp khí X có tỉ khối so với H2 là 9 .Tính nồng độ mol của HCl đã dùng?

Giải thích:

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

x mol

FeS + 2HCl → FeCl2 + H2S

y mol

Ta có: 56x+ 88y = 14,4

MX = (2.x+34.x)/(x+y) = 9.2

Giải hệ pt => x = y = 0,1 mol

=> nHCl = 2.(x+y) = 2.0,2 = 0,4 mol

CM (HCl) = 0,4/0,2 = 2M

Ví dụ 3: Cho 18,5 gam hỗn hợp X gồm Fe, Fe3O4 tác dụng với 200 ml dung dịch HNO3 loãng, đun nóng. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 2,24 lít khí NO duy nhất (đktc), dung dịch Y và 1,46 gam kim loại.

a) Tính nồng độ HNO3

b) Tính khối lượng muối trong dung dịch Y.

Giải thích:

Các phản ứng:

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 +NO + 2H2O

x →                      x mol

3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O

y →                                3y mol

Fe + 2Fe(NO3)3 → 3Fe(NO3)2

(x+3y)/2 ← (x + 3y) mol

Ta có: nNO = x+(y/3) = 0,1 mol

mhh = 56.(x + (x+3y)/2 ) + 232. y = 18,5 – 1,46 =17,04 g

=> x = 0,09 (mol) và y = 0,03 (mol)

nHNO3= 4x + (28y/3) = 0,64 mol

=> CM (HNO3) = 0,64/0,2 = 3,2 M

mFe(NO3)2 = 3. (x+3y)/2 . 180 = 48,6 g

3. Bài tập vận dụng

Câu 1: Đốt cháy hoàn toàn 3,86g hỗn hợp gồm Fe, Al, Cu thu được 4,66g oxit. Cho toàn bộ lượng oxit này tác dụng với dung dịch axit H2SO4 20% (d = 1,14 g/ml). Vậy thể tích H2SO4 cần dùng tối thiểu là:

   A. 21,1 ml

   B. 21,5 ml

   C. 23,4 ml

   D. 19,6 ml

Chọn đáp án: B

Giải thích:

mO = moxit - mkim loại = 4,66 - 3,86 = 0,8g

nO = 0,8/16 = 0,05 mol

nO = 2nH+ = nH2SO4 = 0,05 mol

V = (0,05. 98. 100)/(20. 1,14) = 21,5 ml

Câu 2: Cho hỗn hợp gồm 1,12 gam Fe và 1,92 gam Cu vào 400ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm H2SO4 0,5M và NaNO3 0,2M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch X và khí NO (sản phẩm khử duy nhất). Cho V ml dung dịch NaOH 1M vào dung dịch X thì lượng kết tủa thu được là lớn nhất. Giá trị tối thiểu của V là:

   A. 360

   B. 240

   C. 400

   D. 120

Chọn đáp án: A

Giải thích:

Số mol Fe = 0,02 mol; số mol Cu = 0,03 mol; số mol H+ = 0,4 mol; số mol NO3- = 0,08 mol

Các phản ứng xảy ra:

Fe + 4H+ + 2NO3- → Fe3+ + 2NO↑ + 2H2O

0,02   0,08   0,02   0,02 mol

3Cu + 8H+ + 2NO3- → 3Cu2+ + 2NO↑ + 4H2O

0,03    0,08    0,02    0,03 mol

Sau 2 phản ứng trên, trong dung dịch X có 0,02 mol Fe3+; 0,03 mol Cu2+ và 0,24 mol H+ dư, ngoài ra còn có ion NO3- và SO42-. Tuy nhiên chỉ có 3 loai ion đầu là phản ứng với OH-.

H+ + OH- → H2O

0,24    0,24

Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3

0,02    0,06

Cu2+ + 2OH → Cu(OH)2

0,03    0,06

Tổng số mol OH- = 0,24 + 0,06 + 0,06 = 0,36 mol → V = 360ml

Câu 3: Hòa tan m g hỗn hợp gồm FeO và Fe3O4 vừa đủ vào dung dịch HCl 1,2l dung dịch HCl 1M. Cô cạn thu được 70,6g muối khan. Giá trị m là?

Giải thích:

Hỗn hợp (FeO, Fe3O4 ) + HCl → hỗn hợp muối (FeCl2, FeCl3)

nHCl = 1,2 mol

Áp dụng tăng giảm khối lượng và bảo toàn điện tích

=> mtăng = 1,2. (35,5 - 16/2) = 33g

=> m = 70,6 – 33 = 37,6 g

Câu 4: Nung m gam bột sắt trong oxi thu được 3 gam hỗn hợp chất rắn X. Hòa tan X trong dung dịch HNO3 (dư) thoát ra 0,56 lit (đktc) khí NO (là sản phẩm khử duy nhất). Giá trị của m là:

   A. 2,22

   B. 2,62

   C. 2,52

   D. 2,32

Chọn đáp án: C

Giải thích:

Ta có: nNO = 0,56/22,4 (mol); nO =(3-m)/16 (mol) và nFe = m/56 (mol)

Các bán phản ứng:

           Fe → Fe3+ + 3e

(mol) m/56             3m/56

           O + 2e → O2-

(mol) (3-m)/16       (2(3-m))/16

   NO3- + 3e → NO

(mol)     0,075 ←  0,025

Áp dụng định luật bảo toàn electron

(3m)/56 = (3-m)/8 +0,075 => m = 2,52 (gam)

Câu 5: Cho 6,72 gam Fe vào axit đặc chứa 0,3 mol H2SO4, đun nóng (giả sử SO2 là sản phẩm khử duy nhất). Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được:

   A. 0,02 mol Fe2(SO4)3 và 0,08 mol FeSO4

   B. 0,12 mol FeSO4

   C. 0,03 mol Fe2(SO4)3 và 0,06 mol FeSO4

   D. 0,05 mol Fe2(SO4)3 và 0,02 mol Fe dư

Chọn đáp án: C

Giải thích:

Ta có: nFe = 0,12 mol

Phản ứng 2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O  (1)

(mol)       0,1 → 0,3              0,05 mol

=>nFe dư = 0,12 – 0,1 = 0,02 (mol) nên tiếp tục khử Fe2(SO4)3

           Fe + Fe2(SO4)3 → 3FeSO4

(mol) 0,02 → 0,02            0,06 mol

=>nFe2(SO4)3 = 0,05 – 0,02 = 0,03 (mol)

Câu 6: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,01 mol Al; 0,05 mol Zn và 0,03 mol Fe cần vừa đủ 200ml dung dịch HCl 0,1M và H2SO4 a mol/l. Giá trị của a là?

   A. 0,425

   B. 0,5

   C. 0,625

   D. 0,75

Chọn đáp án: A

Giải thích:

∑nH+ = 0,2.0,2 + 0,2.2a = 0 ,02 + 0,4a (mol)

∑ne cho = 0,01.3 + 0,05.2 + 0,03.2 = 0,19 (mol)

Ta có: ne cho = ne nhận = nH+

=> 0,02 + 0,4a = 0,19 → a = 0,425

Câu 7: Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam Fe2O3 nung nóng. Sau một thời gian thu được 10,44 g chất rắn X gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4. Hòa tan hết X bằng HNO3 đặc nóng thu được 4,368 lít NO2 (đktc). Xác định giá trị của m.

Giải thích:

Sơ đồ:

Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 (10,44 gam)Cách giải Bài toán sắt tác dụng với axit hay, chi tiết | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án NO2, Fe3+

Áp dụng định luật bảo toàn electron cho cả quá trình:

Fe3+Cách giải Bài toán sắt tác dụng với axit hay, chi tiết | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án FeXCách giải Bài toán sắt tác dụng với axit hay, chi tiết | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án Fe3+

C2+4+ + 2e

a          2a mol

N5+ + 1e → N+4

          0,195 mol

BTe => 2a = 0,195 => a = 0,0975 (mol)

=> nCO = 0,0975 mol = nCO2

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng:

mFe2O3 +mCO phản ứng= mX + mCO2

=> mFe2O3 = 10,44 + 0,0975. (44 - 28) = 12g

Câu 8: Khử hoàn toàn hỗn hợp X gồm 0,4 mol FeO và 0,1 mol Fe2O3 và dung dịch HNO3 loãng, dư thu được dung dịch A và khí NO (duy nhất). Dung dịch A cho tác dụng với dung dịch NaOH dư được kết tủa. Lấy toàn bộ kết tủa nung nóng trong không khí đến khối lượng không đổi thu được m chất rắn. Tìm m.

Giải thích:

FeO, Fe2O3Cách giải Bài toán sắt tác dụng với axit hay, chi tiết | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án NO + dd (A)Cách giải Bài toán sắt tác dụng với axit hay, chi tiết | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án Fe(OH)3 t o Fe2O3

Nhận xét: Bảo toàn nguyên tử Fe.

nFe2O3=1/2 nFe trong hỗn hợp=1/2. (0,4 + 0,1. 2) = 0,3 (mol)

mFe2O3 = 0,3 .160 = 48 g

Bài giảng: Bài tập sắt, hợp chất của sắt tác dụng với chất oxi hóa mạnh - Cô Nguyễn Thị Thu (Giáo viên VietJack)

Xem thêm các dạng bài tập Hóa học lớp 12 có trong đề thi THPT Quốc gia khác:

Giới thiệu kênh Youtube VietJack

Ngân hàng trắc nghiệm miễn phí ôn thi THPT Quốc Gia tại khoahoc.vietjack.com

CHỈ CÒN 250K 1 KHÓA HỌC BẤT KÌ, VIETJACK HỖ TRỢ DỊCH COVID

Tổng hợp các video dạy học từ các giáo viên giỏi nhất - CHỈ TỪ 399K tại khoahoc.vietjack.com

Tổng đài hỗ trợ đăng ký khóa học: 084 283 45 85

crom-sat-dong.jsp

Các loạt bài lớp 12 khác
2004 - Toán Lý Hóa